《Food Chemistry Advances》：Comparative Effects of Thermal and Ultrasound Processing on the Quality and Functional Properties of Thai Stingless Bee Honey
编辑推荐：
无刺蜂蜂蜜（SBH）是一种富含生物活性化合物的功能食品，但热处理可能对其品质产生不利影响。本研究比较了常规热处理（65°C，20 min）与超声加工（20 kHz，20 min；40%–80%振幅）对Tetragonula pagdeni (Schwarz)所
无刺蜂蜂蜜（SBH）是一种富含生物活性化合物的功能食品，但热处理可能对其品质产生不利影响。本研究比较了常规热处理（65°C，20 min）与超声加工（20 kHz，20 min；40%–80%振幅）对Tetragonula pagdeni (Schwarz)所产泰国无刺蜂蜂蜜的品质、抗氧化活性、微生物质量及感官接受度的影响。60%振幅超声处理展现出良好的综合品质特征，其黏度（2.81 Pa·s）和淀粉酶活性（8.36 DN）与未处理蜂蜜（2.84 Pa·s和8.42 DN）相当。羟甲基糠醛（HMF）含量为9.18 mg/kg，而未处理蜂蜜为8.62 mg/kg，热处理蜂蜜为31.87 mg/kg。60%振幅超声处理使测得的总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）分别提高至756.3 mg GAE/kg和136.2 mg QE/kg，而未处理蜂蜜分别为682.4和118.5 mg/kg，并产生了最高的抗氧化活性（p < 0.05）。两种加工方法在处理后即刻均降低了测得的微生物数量，而60%超声处理获得了最高的感官接受度（p < 0.05）。总体而言，60%超声处理展现了良好的品质特征，支持对SBH加工开展进一步研究。
一、研究背景与目的
蜂蜜作为一种天然功能食品，因其营养价值与多种生物活性而广受认可。这些特性归因于其生物活性成分，包括酚酸、黄酮类化合物、有机酸、酶类、氨基酸、维生素、矿物质及挥发性化合物等。在各种蜂蜜类型中，由Meliponini族蜜蜂所产生的无刺蜂蜂蜜（stingless bee honey, SBH）因其独特的理化特性和通常高于西方蜜蜂（Apis mellifera）蜂蜜的酚类及黄酮类化合物浓度，引起了日益增长的科学与商业关注。然而，SBH的组成随蜜蜂种类、植物与地理来源、采收季节及采后处理方式的不同而变化，这凸显了采用适当加工策略的必要性。在泰国，多样化的植物资源赋予了SBH独特的特征，也进一步印证了开发适用于这一高端产品的保藏技术的迫切性。
尽管SBH具有优越的营养与功能特性，但其天然高水分含量（25%–40%）带来了显著的技术挑战——高水分活度（aw）增加了耐渗酵母发酵的敏感性，从而缩短了货架期并降低了商业稳定性。传统热处理仍是降低微生物种群最广泛使用的保藏方法，但热处理会加速美拉德反应和糖类降解，导致5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural, HMF）的生成——HMF是国际公认的蜂蜜劣变和过度热暴露指标。此外，热处理还会降低内源酶活性和热不稳定生物活性化合物，并改变色泽、黏度、香气和风味。这些品质损失凸显了开发既能降低微生物负荷又能最大限度减少加工诱导劣变的替代保藏技术的必要性。
高强度超声作为一种非热食品保藏技术应运而生。声空化产生的局部剪切力、湍流、微流和瞬时热点可在不明显升高食品整体温度的情况下增强传质和微生物灭活效果。然而，空化程度强烈依赖于产品特性和加工条件，包括黏度和所传递的声能。与热处理相比，蜂蜜的超声加工已显示出对热敏性成分的良好保留效果。此外，受控超声处理可能改变酚类成分和抗氧化活性的可提取性或分析响应。但振幅决定了空化强度，而过度的超声能量可能产生活性氧、促进植物化学物氧化并部分灭活内源酶。因此，需要对超声振幅进行系统评价，以表征其在明确加工条件下对产品品质和微生物种群的影响。
尽管超声辅助加工已在常规西方蜜蜂蜂蜜中得到广泛研究，但针对SBH的研究仍相对有限，特别是对于东南亚所产蜂蜜。Chong等人（2017）研究了SBH在45–90°C下超声-热协同处理30–120 min的效果，报道了多项理化和功能特性的变化，优化条件为90°C处理111 min。然而，超声-热协同处理将超声与大量热暴露相结合，而在受控低温条件下应用的探头式超声信息仍十分有限。研究人员的既往研究显示，超声可改变常规蜂蜜的理化与功能属性，但那些研究未涉及组成和理化特性均有不同的SBH的综合加工响应。因此，本研究在统一的比较框架内评价HMF、淀粉酶活性、色泽与褐变、黏度、比色法生物活性指标、抗氧化活性、加工后即刻微生物种群及感官接受度，并采用探索性Pearson相关分析和主成分分析（principal component analysis, PCA）来表征多变量处理相关模式。
二、研究方法概述
研究人员从泰国北部清迈省一家认证无刺蜂蜂场获取20份由T. pagdeni (Schwarz)生产的新鲜SBH样本，汇集混合均匀后分为五组：未处理对照、常规热处理（65°C，20 min）以及40%、60%、80%三种振幅的探头式超声处理（20 kHz，20 min）。各处理独立重复三次。研究测定了CIE L*、a*、b*颜色参数和褐变指数（BI）、黏度、pH和游离酸度、淀粉酶活性（Phadebas?法，以淀粉酶值DN表示）、HMF含量（HPLC法）、总酚含量（TPC，Folin–Ciocalteu比色法）、总黄酮含量（TFC，氯化铝比色法）、抗氧化活性（DPPH、ABTS和FRAP法）、微生物指标（需氧菌总数、酵母菌和霉菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌）以及感官接受度（9点喜好标度，50名未培训小组成员）。数据采用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较检验进行处理，感官数据采用重复测量ANOVA，并辅以探索性Pearson相关分析和PCA。
三、研究结果
3.1 热处理和超声加工对无刺蜂蜂蜜理化性质的影响
常规热处理引起色泽参数和黏度的最大变化，而超声加工更好地保留了蜂蜜的天然特征。在超声处理中，60%振幅处理维持的L*、a*、b*、BI和黏度值与未处理对照无显著差异（p > 0.05），表明其对理化品质具有优越的保留效果。热处理显著提高了L*、a*、b*和BI值，BI从42.5增至61.8，表明糖降解和美拉德反应加速导致非酶褐变增强。热处理使黏度降低约23%，反映了高温引起的蜂蜜基质破坏和分子间氢键相互作用的减弱。超声处理仅引起轻微的黏度降低，60%处理与未处理对照无显著差异。
3.2 热处理和超声加工对无刺蜂蜂蜜化学性质的影响
游离酸度在各处理间无显著差异（p > 0.05），pH仅有微小但显著的差异（3.46–3.52；p < 0.05）。淀粉酶活性和HMF受到更为显著的影响。常规加热使淀粉酶值降低约50%，而60%振幅超声处理维持的淀粉酶值与未处理对照无显著差异（p > 0.05），表明酶灭活极小。相反，常规加热使HMF增至31.87 mg/kg，约为未处理蜂蜜的3.7倍，而超声处理仅引起轻微增加（9.18–12.84 mg/kg），所有超声处理样品均远低于Codex Alimentarius规定的40 mg/kg最大限量。淀粉酶活性与HMF浓度之间的反向关系清晰展示了热加工与超声加工对蜂蜜品质的截然不同的影响。
3.3 热处理和超声加工对无刺蜂蜂蜜生物活性化合物和抗氧化活性的影响
与未处理对照相比，热处理使TPC和TFC分别降低约12.6%和14.3%，而超声处理则显著提高了两者，60%振幅处理产生了最高的TPC（756.3 mg GAE/kg）、TFC（136.2 mg QE/kg）、DPPH（86.52%）、ABTS（89.84%）和FRAP（2,896 μmol Fe
2+/kg）值（p < 0.05）。这些提高可能反映了比色法测定响应的变化而非单个酚类或黄酮类化合物浓度的实际增加——声空化的机械效应可能促进蜂蜜中天然存在的花粉粒和其他植物来源微粒的破裂，从而增强细胞内或颗粒结合酚类和黄酮类化合物的释放和可提取性。80%振幅处理观察到的轻微下降表明过度空化可能部分氧化易感植物化学物。
3.4 热处理和超声加工对无刺蜂蜂蜜微生物质量的影响
常规热处理和60%、80%振幅超声处理将需氧菌总数、酵母菌、霉菌和金黄色葡萄球菌降至检测/计数限以下，而40%振幅超声处理的降低幅度较小。沙门氏菌在包括未处理对照在内的所有样品中均未检出。60%振幅处理在将微生物计数降至检测限以下的同时维持了良好的理化、酶学、抗氧化和感官属性。但研究人员的发现仅代表处理后即刻观察结果，不构成完全微生物灭活、病原体控制或货架期延长的验证。
3.5 热处理和超声加工对无刺蜂蜂蜜感官接受度的影响
60%振幅超声处理在所有评价属性（色泽、香气、滋味、口感和总体接受度）上均获得最高评分（p < 0.05），而热处理蜂蜜的消费者接受度最低。感官响应与仪器质量测定结果密切相关：褐变指数和HMF含量较低且黏度、淀粉酶活性和酚类含量较高的样品持续获得较高的总体接受度评分。但该研究未进行挥发性化合物表征和描述性感官分析，因此无法将较高的香气和滋味评分直接归因于特定香气或风味活性化合物的保留或改变。
3.6 品质属性的相关性分析
Pearson相关分析揭示了两个不同的品质属性群组：第一组包括黏度、淀粉酶值、TPC、TFC、抗氧化活性（DPPH、ABTS和FRAP）和总体接受度，彼此呈强正相关（r = 0.925–0.994）；第二组包括L*、a*、b*、BI和HMF，组内正相关（r = 0.968–0.996）但与功能品质变量呈负相关。HMF与黏度、淀粉酶值、TPC、TFC、抗氧化活性和总体接受度呈强负相关（r = ?0.931至?0.981），而淀粉酶值呈现相反趋势。含删失观测值的微生物变量被排除在相关分析之外。
3.7 品质属性的主成分分析
PCA前两个主成分解释了总方差的99.5%（PC1：91.9%，PC2：7.6%）。黏度、淀粉酶活性、TPC、TFC、抗氧化活性和感官属性分布在PC1正侧，而BI、HMF和颜色参数位于负侧。得分图清晰区分了各加工处理：热处理与HMF、BI和颜色变化密切相关，60%振幅超声处理与TPC、TFC、抗氧化活性和感官属性聚类，US40更接近未处理对照，US80则占据与US60不同的位置。未处理对照与热处理和超声处理样品均存在明显区分。
四、讨论与结论
本研究证明，在所评价条件下，超声加工对泰国SBH的多项品质属性产生了影响，且总体而言较常规热处理引起的品质变化更小。与常规热处理相比，超声加工维持了更有利的理化性质、内源酶活性、测得TPC和TFC、抗氧化测定值及感官接受度，同时在加工后即刻降低了测得的微生物数量。超声处理后较高的TPC和TFC值应解释为比色法测定响应的变化，而非单个酚类和黄酮类化合物浓度或释放量增加的直接证据。探索性多变量分析表明，这些测得的品质属性之间存在关联，且它们与热劣变指标（尤其是HMF生成和褐变发展）呈对比关系。
在所研究的条件中，60%振幅超声处理产生了最有利的整体品质特征，而80%振幅未提供额外优势。这一发现基于各单项测定响应，未经PCA或相关分析独立确认，不应被解释为确立了最优加工条件——声能未量化、未进行预定义的多响应优化、也未开展独立验证实验。研究结果支持将超声作为SBH替代加工方法进行进一步研究，而非确立其商业有效性或可持续性。能耗、加工效率、放大生产、设备成本、产能和环境影响仍需进一步评估。此外，本研究仅限于一个混合蜂蜜来源、一个超声处理时长（20 min）、三个仪器特定振幅（40%、60%、80%）和加工后即刻评估，研究结果尚不能推广至泰国SBH整体或商业规模生产。
未来研究应评估独立蜂蜜来源、更广泛的加工条件、储存稳定性、放大生产以及水分含量、水分活度、总可溶性固形物、电导率、还原糖和单糖及有机酸等理化特性。应采用液相色谱-质谱联用（LC–MS）表征单个酚类和黄酮类化合物并验证比色法差异是否反映组成变化，同时采用气相色谱-质谱联用（GC–MS）表征加工诱导的挥发性成分变化。
